无人机技术与应用考试试题附答案【满分必刷】

无人机技术与应用考试试题附答案【满分必刷】一、单项选择题（每题2分，共30分）1.某型四旋翼无人机在悬停状态下，四个电机转速分别为：n₁=5200r/min，n₂=5150r/min，n₃=5250r/min，n₄=5180r/min。若忽略空气阻力差异，此时机体最可能出现的运动趋势是A.向东北方向缓慢平移B.绕纵轴逆时针旋转并缓慢向右漂移C.保持绝对静止D.绕横轴俯仰振荡答案：B解析：悬停要求对角电机转速相等。n₁与n₃差值最大，产生偏航力矩，机体逆时针旋转；右侧总推力略大，向右漂移。2.在RTK定位中，若基站距离飞行器30km，电离层活跃指数Kp=7，最可能导致A.固定解比例下降，出现浮点解B.航向角误差<0.1°C.高程精度提高至±2cmD.基线向量长度被缩短答案：A解析：Kp=7为强扰动，电离层延迟空间相关性下降，长基线整周模糊度难以固定，RTK退化为浮点解。3.某电池标称22.2V、6S、5200mAh、30C，其理论最大持续电流为A.15.6AB.156AC.312AD.520A答案：B解析：最大持续电流=容量×C倍率=5.2A×30=156A。4.光学流摄像头与超声波测距模块融合的主要目的是A.降低IMU零偏B.消除地磁干扰C.解决低纹理地面悬停漂移D.提高GPS更新频率答案：C解析：纹理缺失时，光流失效，超声波提供绝对高度约束，抑制漂移。5.在Pixhawk4飞控中，若EKF2的compass学习参数EKF2_MAG_LRN=0，则A.磁罗盘被完全禁用B.仅偏航角不再更新C.外磁场变化时航向不会漂移D.需要重新校准加速度计答案：B解析：EKF2_MAG_LRN=0关闭磁罗盘在线学习，偏航角不再被磁力计修正，但磁罗盘仍提供初始对准。6.某型植保无人机喷幅6m，作业高度3m，喷头流量1.8L/min，飞行速度5m/s，若要求每亩喷洒量1L，则作业航线间距应为A.5mB.6mC.7mD.8m答案：A解析：亩=666.7m²，1L/亩→单位面积流量=1.8L/min÷(5m/s×间距)=1L/666.7m²，解得间距≈5m。7.下列关于锂聚合物电池存储电压的描述，正确的是A.长期存放应保持在4.2V/片B.3.85V/片对应容量约50%C.3.3V/片为最安全的运输电压D.低温存放可补偿自放电答案：B解析：3.85V/片为厂商推荐存储电压，对应约50%荷电状态，可降低老化速率。8.在FCCPart107法规中，遥控飞行员必须在以下哪种情况下立即报告A.无人机重量超过55磅B.发生人员重伤或财产损失≥500美元C.夜间作业未安装防撞灯D.飞越高速公路答案：B解析：Part107.9规定，严重伤害或≥500美元损失需在10日内向FAA报告。9.某图像识别网络在NVIDIAJetsonXavier上推理耗时28ms，若采用TensorRTFP16模式，预计耗时最接近A.7msB.12msC.28msD.35ms答案：B解析：FP16较FP32提速约2倍，TensorRT融合算子再减20%，28ms→≈12ms。10.在激光雷达SLAM中，若回环检测阈值设置过松，最可能导致A.轨迹漂移增大B.出现“鬼影”闭环，地图扭曲C.计算量下降90%D.IMU零偏估计收敛加快答案：B解析：阈值过松产生错误回环，优化后地图出现折叠或扭曲。11.某型固定翼无人机采用Karman-Trefftz变换设计翼型，其主要优点是A.前缘吸力峰值降低，失速推迟B.零升阻力系数增大C.俯仰力矩绝对值增大D.翼根弯矩减小答案：A解析：Karman-Trefftz后缘角可调，钝后缘抑制前缘吸力峰，推迟失速。12.在Mavlink协议中，消息ID=24的报文用于A.发送GPS原始数据B.请求参数列表C.传输姿态四元数D.回传电池状态答案：A解析：ID=24为GPS_RAW_INT，包含原始卫星信息。13.若某多旋翼电机KV=380，电池满电25.2V，理论空载转速为A.9560r/minB.9576r/minC.9588r/minD.9600r/min答案：B解析：空载转速=KV×电压=380×25.2=9576r/min。14.在红外热成像巡检中，若被测光伏组件表面发射率设为0.25而实际为0.95，则测得温度将A.比真实温度高B.比真实温度低C.相等D.先高后低答案：A解析：发射率设置偏低，算法高估反射分量，导致温度读数偏高。15.采用SBUS协议时，每帧数据占用A.8bit起始位+16bit数据B.25Byte，每Byte11bitC.32Byte，每Byte8bitD.16通道，每通道16bit答案：B解析：SBUS帧格式：25Byte，每Byte1起始+8数据+1奇偶+1停止=11bit，波特率100k。二、判断题（每题1分，共10分）16.无刷直流电机三相绕组星形连接时，线电压是相电压的√3倍。答案：√17.在Pixhawk中，安全开关必须长按5s才能解锁，该功能由IO处理器独立实现。答案：√18.激光雷达的波长越长，穿透雨雾能力越弱。答案：×解析：波长越长，米氏散射减弱，穿透能力增强。19.固定翼无人机使用反向推力降落时，螺旋桨效率ηp可能为负值。答案：√解析：负拉力状态下，ηp=推力×速度/功率，推力为负，效率为负。20.在OpenCV中，cv::undistort函数可同时完成畸变校正与透视变换。答案：×解析：undistort仅做径向+切向畸变校正，透视变换需warpPerspective。21.采用双天线测向时，基线长度越短，航向精度越高。答案：×解析：航向精度与基线长度成反比，越短精度越差。22.在电池串联充电时，若单片电压差>10mV，应先进行平衡充电。答案：√23.根据贝茨极限，风能利用系数Cp理论最大值为0.593。答案：√24.多旋翼无人机在垂直爬升时，诱导功率随高度增加而线性增大。答案：×解析：爬升速度恒定，诱导功率与空气密度成反比，随高度增加而减小。25.在QGroundControl中，可通过MAV_CMD_DO_JUMP实现航线无限循环。答案：√三、填空题（每空2分，共20分）26.某电机拉力测试数据：电压24V，电流12A，拉力3.6kg，则其拉力效率为______g/W。答案：12.5解析：3.6kg=3600g，功率=24×12=288W，效率=3600/288=12.5g/W。27.若激光雷达角分辨率为0.25°，扫描频率10Hz，单圈点数为______。答案：1440解析：360°/0.25°=1440。28.在OpenCV中，函数cv::solvePnP使用的迭代算法标志若设为CV_ITERATIVE，其底层采用______算法。答案：Levenberg-Marquardt29.某型固定翼巡航升阻比15，翼载荷35kg/m²，则最小下降率为______m/s。答案：2.29解析：下降率=√(2×g×翼载荷/ρ×√(CL³/CD²))，取CL/CD=15，化简得≈2.29m/s。30.在Mavlink2中，扩展消息ID最高可支持______个唯一消息。答案：16777216解析：24bitID，2^24=16777216。31.若超声波模块测得飞行高度2m，气温35℃，则声速为______m/s。答案：351.6解析：v=331.3+0.6×35=351.6m/s。32.某电池内阻4mΩ，负载电流80A，则电压跌落为______V。答案：0.32解析：ΔU=I×R=80×0.004=0.32V。33.在图像处理中，若采用SIFT算法提取特征，默认octave层数为______。答案：434.根据国际民航组织，A类空域上限为______ft。答案：17999解析：A类空域FL180至FL600，18000ft以下非A类。35.若某多旋翼总重4kg，悬停时电机总拉力48N，则剩余拉力比为______%。答案：22解析：重力=4×9.8=39.2N，剩余=48-39.2=8.8N，比例=8.8/39.2≈22%。四、简答题（每题8分，共24分）36.阐述多旋翼无人机采用“动态逆”控制分配的基本原理，并给出伪逆矩阵求解公式。答案：动态逆将期望力矩τ_d与总推力T_d映射到电机转速平方n²。设映射矩阵A∈R⁴×ⁿ，n为电机数，求解n²=A⁺·[T_d,τ_d]ᵀ，其中A⁺=Aᵀ(AAᵀ)⁻¹为伪逆。若考虑电机饱和，采用加权伪逆或二次规划优化。37.说明激光雷达“鬼影”回波的成因及抑制方法。答案：成因：高反射率物体产生二次反射，时间延迟导致虚假距离。抑制：1.双回波滤波，仅取首次回波；2.降低接收增益；3.增加近场遮光罩；4.采用波长调谐技术区分路径。38.描述基于视觉的自主降落中，如何利用AprilTag估计相对位姿并补偿风扰。答案：检测AprilTag四角像素坐标，solvePnP得相机到标签的R、t；结合已知标签世界坐标，得无人机相对位姿；风扰导致水平漂移，引入卡尔曼滤波融合IMU与视觉速度，预测当前位置；控制器采用前馈+反馈，前馈量由滤波器风速估计生成，反馈量由位姿误差生成，实现抗风降落。五、计算题（共26分）39.（12分）某型电动固定翼无人机参数：翼面积0.8m²，展弦比10，Oswald效率因子0.85，零升阻力系数CD0=0.025，质量3.2kg，电池能量180Wh，推进系统总效率η=0.72。若要求以最佳续航速度飞行，求：(1)最佳续航升阻比K_max；(2)对应巡航速度V_opt（海平面ρ=1.225kg/m³）；(3)理论最大续航时间t_max。答案：(1)K_max=1/(2√(CD0·π·A·e))=1/(2√(0.025·π·10·0.85))=19.4(2)CL=√(CD0·π·A·e)=1.37，V_opt=√(2mg/(ρSCL))=√(2×3.2×9.8/(1.225×0.8×1.37))=6.7m/s(3)P=mgV_opt/K_max/η=3.2×9.8×6.7/19.4/0.72=15.0W，t_max=180Wh/15.0W=12h40.（14分）某六旋翼无人机单电机拉力-转速平方模型T=kt·n²，kt=1.2×10⁻⁵N/(r/min)²，转动惯量J=2.5×10⁻⁴kg·m²，最大转速6000r/min。若采用PID控制电机转速，要求阶跃响应超调<5%，调节时间<0.2s。给定采样周期1ms，试：(1)建立电机转速传递函数G(s)=Ω(s)/U(s)，忽略电感；(2)用Ziegler-Nichols法整定模拟PID参数Kp、Ki、Kd；(3)将参数离散化，写出位置式PID公式。答案：(1)电枢方程：J·dω/dt=kt·I−kτ·ω，电压方程：U=IR+ke·ω，忽略L，得G(s)=Ω(s)/U(s)=kt/(JR·s+(kτR+ktke)